第6章 第1节 光电效应及其解释（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版）

第6章　波粒二象性 第1节　光电效应及其解释 基础过关练 题组一　光电效应现象及规律 1.(多选题)在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开一个角度,如图所示,这时 (　　) A.锌板带正电,指针带负电 B.锌板带正电,指针带正电 C.若用黄光照射锌板,则可能不产生光电效应现象 D.若用红光照射锌板,则锌板能发射光电子 2.(2023山东聊城二模)下列有关光电效应的说法正确的是 (　　) A.只要入射光照射时间足够长,任何金属都能发生光电效应 B.对于某种金属,只要入射光频率低于极限频率就不能发生光电效应 C.金属的逸出功与入射光的频率有关,入射光频率越大,逸出功越大 D.饱和光电流与入射光的频率有关,入射光频率越大,饱和光电流一定越大 3.(2024福建漳州三模)光电效应在自动化控制领域有着广泛的应用。如图所示的光电控制报警电路中,某一频率的光束照射到光电管,光电管产生光电效应,与光电管连接的电路有电流,电磁铁产生磁场,会吸引报警电路中的开关断开,从而实现自动控制。则 (　　) A.任意频率的光照射到光电管上,只要光照时间足够长就能产生光电流 B.对于光电管来说,入射光波长必须大于某一极限值,才能产生光电效应 C.用该频率的光照射光电管,光的强度越强,单位时间内逸出的电子数越少 D.当物体从光源和光电管间通过时,挡住光束,报警电路中的开关闭合 题组二　光电效应方程的理解与应用 4.某种单色光的频率为ν,用它照射某种金属时,在逸出的光电子中动能最大值为Ek,则这种金属的逸出功和极限频率分别是 (　　) A.hν-Ek,ν-　　　　　　B.Ek-hν,ν+ C.hν+Ek,ν-　　　　　　D.Ek+hν,ν+ 5.已知钙和钠的极限频率分别为7.73×1014 Hz和5.53×1014 Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,则下列说法正确的是 (　　) A.钙具有较大的逸出功 B.钙的遏止电压较大 C.钙逸出的光电子的最大初动能较大 D.钙更容易发生光电效应 6.(2024山东菏泽期中)爱因斯坦为了解释光电效应现象,提出“光子”概念并给出光电效应方程,密立根通过实验验证其理论的正确性。如图所示,当频率为ν的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过,则 (　　) A.用频率小于ν的可见光照射阴极K,电流表中一定没有电流通过 B.当滑动变阻器的滑片位于最左端时,电流表的示数一定为0 C.在光照条件不变的情况下,滑动变阻器的滑片由左向右移动的过程中,通过电流表的电流可能先增大后不变 D.对调电源的正负极,由左向右移动滑动变阻器的滑片,当电流表的示数刚减小到零时,电压表的示数为5.6 V,则阴极K金属的逸出功是5.6 eV 题组三　光电效应图像的理解及应用 7.(多选题)在光电效应实验中,波长为λ1的光恰好能使金属P发生光电效应,波长为λ2的光恰好能使金属Q发生光电效应,已知波长λ1>λ2,下列选项A、B是两种金属的光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的图像;选项C、D是用甲光照射金属P、乙光照射金属Q的光电流I与光电管两端电压U的关系图像,已知甲、乙两束光的频率ν甲>ν乙,则下列选项中正确的是 (　　) 8.(2024山东青岛一模)太阳能电池板是利用光电效应将光能转化为电能的设备,图甲是研究制作电池板的材料发生光电效应的电路图。用不同频率的光照射K极板发生光电效应,得到图乙中遏止电压Uc与入射光的频率ν间的关系图像。下列说法正确的是 (　　) 　 A.增大入射光频率,K极板的逸出功增大 B.增大入射光频率,产生光电子的最大初动能增大 C.增大入射光强度,产生光电子的最大初动能增大 D.遏止电压Uc与入射光频率ν关系图像的斜率表示普朗克常量 题组四　光的波粒二象性 9.(多选题)用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现如图甲、乙、丙所示的图像,则 (　　) A.图像甲表明光具有粒子性 B.图像丙表明光具有波动性 C.用紫外光观察不到类似的图像 D.实验表明光是一种概率波 10.(多选题)下面关于光的波粒二象性的说法正确的是 (　　) A.光电效应现象说明光具有波粒二象性 B.频率越大的光其粒子性越显著,频率越小的光其波动性越显著 C.光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性 D.光不可能同时既具有波动性,又具有粒子性 能力提升练 题组一　光电效应现象及光电效应方程的应用 1.(2024山东济南开学考试)如图所示,某种材料制成的太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时,材料吸收光子发生内光电效应,自由电子向N型一侧移动,从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收能量为E的光子才能发生内光电效应,普朗克常量为h,光束为c,则 (　　) A.通过负载的电流方向从上至下 B.该材料发生光电效应的极限波长为 C.太阳光的强度越强,则通过负载的电流越大 D.光强不变,改用频率高的光照射该材料,则通过负载的饱和电流变大 2.(2023河南名校联考)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。如图所示的电路可以用来研究光电效应,用频率为ν的单色光照射光电管,有光电效应现象发生,当电压表的读数为U1时,灵敏电流计的读数刚好为零。若换用频率仍为ν的强激光照射光电管,需要把电压表的读数调整为U2时才能让灵敏电流计的读数刚好为零。这表明单电子瞬间吸收了n个光子而从光电管的阴极逸出,已知普朗克常量为h,电子电荷量为e,则电子瞬间吸收的光子个数n为 (　　) A.+1　　　　　　B.+1 C.-1　　　　　　D.-1 3.(2024江苏南京二模)如图甲是研究光电效应的实验原理图,阴极K金属的逸出功为3.0 eV。如图乙是氢原子的能级图。用大量处于n=3能级的氢原子跃迁发出的光照射K极,求: (1)有几种光可以使该金属发生光电效应,其中频率最大的光子能量是多少 eV; (2)从图示位置向左移动滑片P至某处,电压表示数为2.29 V,光电子到达A极的最大动能为多少 eV。 　 题组二　光电效应图像的应用 4.(2023山东潍坊安丘检测)智能手机能通过光线传感器进行屏幕亮度自动调节,光线传感器的工作原理是光电效应。如图甲为研究光电效应规律的电路图,图乙为三种光照射下光电流I与电压U的关系,图丙为该光电管遏止电压Uc与入射光频率ν的关系,其中光电子的电荷量为e。下列说法正确的是 (　　) 甲 乙 丙 A.将图甲开关闭合后,向右移动滑动变阻器滑片,电压表和电流表示数一定增大 B.图乙中若Ⅰ光为紫光,Ⅱ光可能是绿光,且Ⅰ的光强比Ⅲ的大 C.由图丙得出电极K金属材料的截止频率为 D.由图丙得出普朗克常量为h= 5.(2024江苏南通期中)利用图示实验装置研究光电效应规律。实验中用同一频率(足够大)的单色光,分别照射不同型号的光电管(K极金属不同),以下遏止电压Uc随不同金属逸出功W0变化图像正确的是 (　　) 　　　　　　 　　　　　　 6.(2024浙江湖州二模)用各种频率的光照射两种金属材料得到遏止电压Uc随光的频率ν变化的两条图线1、2,图线上有P和Q两点。下列说法正确的是 (　　) A.图线1、2一定平行 B.图线1对应金属材料的逸出功大 C.照射同一金属材料,用Q对应的光比用P对应的光产生的饱和电流大 D.照射同一金属材料,用P对应的光比用Q对应的光逸出的电子初动能大 答案与分层梯度式解析 第6章　波粒二象性 第1节　光电效应及其解释 基础过关练 1.BC　弧光灯主要发射紫外线,锌板在紫外线照射下,发生光电效应,有光电子飞出,故锌板带正电,验电器与锌板相连,故验电器上的指针带正电,B正确,A错误;红光和黄光的频率都小于紫外线的频率,都可能不发生光电效应,C正确,D错误。 2.B　发生光电效应的条件是入射光的频率大于或等于金属的极限频率,与入射光的强度无关,故A错误,B正确;金属的逸出功与金属本身有关,与入射光的频率无关,故C错误;在光电效应中,入射光越强,光电流的饱和值越大,与入射光的频率无关,故D错误。故选B。 3.D　当入射光的频率大于或等于金属的截止频率时就会有光电子从金属中逸出,发生光电效应现象,并且不需要时间的积累,瞬间就可以发生,故A、B错误;用该频率的光照射光电管,光的强度越强,单位时间内射到金属表面上的光子数越多,单位时间内逸出的电子数越多,故C错误;当物体从光源和光电管间通过时,挡住光束,光电效应现象消失,与光电管连接的电路没有电流,电磁铁不产生磁场,报警电路中的开关闭合,故D正确。 4.A　根据光电效应方程得W=hν-Ek,根据W=hν0知极限频率ν0==ν-,故选A。 5.A　金属的逸出功与极限频率的关系为W0=hνc,由钙和钠的极限频率分别为7.73×1014 Hz和5.53×1014 Hz知,钙的极限频率大,所以钙的逸出功大,故A正确;eUc=Ek=hν-W0=hν-hνc,钙的极限频率大,则钙的遏止电压较小,钙逸出的光电子的最大初动能较小,故B、C错误;钙的极限频率大,更不容易发生光电效应,故D错误。导师点睛　爱因斯坦光电效应方程的深度理解 (1)表达式:Ek=hν-W0。 (2)物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分用于克服金属的逸出功,剩下的转化为逸出后电子的动能Ek。 (3)金属的逸出功、极限频率、极限波长的关系是:W0=hνc=。 6.C　因不知道阴极K的极限频率,故用频率小于ν的可见光照射阴极K,可能发生光电效应,电流表上可能有电流通过,故A错误;当滑动变阻器的滑片位于最左端时,由于发生了光电效应,即使A、K间的电压为零,电流表中也有电流通过,故B错误;当滑动变阻器的滑片由左向右移动时,阳极吸收光电子的能力增强,光电流会增大,当所有光电子都到达阳极时,电流达到最大,即饱和电流,通过电流表的电流可能先增大后不变,故C正确;对调电源的正负极,加的是反向电压,电流表的示数刚减小到零时,阴极K逸出的光电子的最大初动能Ekm=eU=5.6 eV,故D错误。 7.AD　根据光电效应方程Ek=hν-W0=hν-hν0知,Ek-ν图线的斜率表示普朗克常量,纵轴截距的绝对值为金属的逸出功,横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率,已知波长λ1>λ2,所以ν1<ν2,逸出功WP<WQ,因此Q的横轴截距大,A正确,B错误;光电流I与光电管两端电压U的关系图线与电压轴交点表示遏止电压,因eUc=hν-W0,由于两束光的频率ν甲>ν乙且WP<WQ,所以P的遏止电压大,故D正确,C错误。 8.B　逸出功只与金属本身有关,与入射光频率无关,A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W,光电子的最大初动能只与逸出功和入射光频率有关,与光照强度无关,相同情况下,入射光频率增大,产生光电子的最大初动能增大,B正确,C错误;由动能定理得eUc=Ek,联立爱因斯坦光电效应方程得Uc=ν-,则Uc-ν图像斜率表示,D错误。 9.ABD　甲图可以看到的是光点,说明光具有粒子性,随着时间的增加,这些光点的排列体现了波的干涉的规律,说明光具有波动性,同时,这种规律是大量光点出现后才表现出来的,所以光是一种概率波,紫外光也具有波动性和粒子性,能观察到类似现象,故A、B、D正确,C错误。 10.BC　光电效应现象说明光具有粒子性,选项A错误;在光的波粒二象性中,频率越大的光其粒子性越显著,频率越小的光其波动性越显著,选项B正确;光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性,选项C正确;光的波粒二象性是指光有时表现出波动性,有时表现出粒子性,二者是统一的,选项D错误。 易错警示　(1)光既有波动性又有粒子性,二者是统一的; (2)光表现为波动性,只是光的波动性显著,粒子性不显著而已; (3)光表现为粒子性,只是光的粒子性显著,波动性不显著而已。 能力提升练 1.C　自由电子向N型一侧移动,N型一侧电势更低,故电流从P型一侧流出,回到N型一侧,故电流应该从下至上通过负载,故A错误;发生光电效应的极限波长满足h=E,解得λ=,故B错误;太阳光强度越大,内光电效应释放的电子越多,向N型一侧移动的自由电子越多,两端电势差越大,电路中的电流越大,故增大太阳光的强度,通过负载的电流会变大,故C正确;若要增加饱和电流,则需要保持照射光的频率不变,增加光照强度,故D错误。 2.A　由光电效应方程知,Ek1=hν-W0,Ek2=nhν-W0,又因为Ek1=eU1,Ek2=eU2,因此eU1=hν-W0,eU2=nhν-W0,两式相减,可得e(U2-U1)=nhν-hν,化简得n=+1,故选A。 3.答案　(1)2种　12.09 eV　(2)6.8 eV 解析　(1)大量处于n=3能级的氢原子跃迁发出的光子能量分别为:ΔE1=E3-E1=12.09 eV,ΔE2=E2-E1=10.2 eV,ΔE3=E3-E2=1.89 eV E>3.0 eV的光子有2种,频率最大的光子能量是Em=ΔE1=12.09 eV。 (2)光电子最大初动能为Ekm=ΔE1-W0=9.09 eV 由图甲可知,向左移动滑片P时,K极板电势高于A极板电势,根据动能定理有U(-e)=E'km-Ekm 可得光电子到达A极板的最大动能为E'km=6.8 eV。 4.D　闭合开关,向右移动滑动变阻器滑片,电压表示数增大,但可能已经达到饱和电流,电流表示数不一定增大,故A错误;由于Ⅰ光比Ⅱ光对应的遏止电压小,由eUc=Ek=hν-W0可知Ⅰ光的频率比Ⅱ光的频率低,若Ⅰ光为紫光,则Ⅱ光不可能是绿光,故B错误;由eUc=hν-W0可知Uc=ν-,则Uc=0时所对应的频率即截止频率,由图像可知νc=b,h=,故C错误,D正确。 5.B　实验中用同一频率(足够大)的单色光,分别照射不同型号的光电管,根据光电效应方程可得Ek=hν-W0,根据动能定理可得-eUc=0-Ek,联立可得Uc=-W0+,可知Uc-W0是一条斜率为负、纵轴截距为正的倾斜直线。故选B。 6.A　根据光电效应方程可得Ek=hν-W0,根据动能定理可得Ek=eUc,联立可得Uc=ν-,由此可知,图线1、2斜率相同,两图线一定平行,故A正确;结合图线可知,图线2对应金属材料的逸出功大,故B错误;P对应光的频率较小,但不能确定光的强度,所以不能确定饱和光电流的大小,故C错误;P对应光的频率较小,Q对应光的频率较大,所以照射同一金属材料,用Q对应的光比用P对应的光逸出的电子初动能大,故D错误。 7 学科网（北京）股份有限公司 $